Bài giảng Công trình thủy - Chương 6: Công trình dẫn nước

Nội dung text: Bài giảng Công trình thủy - Chương 6: Công trình dẫn nước

1. TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP. HCM CÔNG TRÌNH THỦY Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng - BM KTTNN NỘI DUNG MÔN HỌC Chương 1. Tổng quan về Tài nguyên nước VN. Chương 2. Cơ sở kỹ thuật thiết kế cơng trình thủy lợi (CTTL). Chương 3. Hồ chứa nước. Chương 4. Đập dâng nước. Chương 5. Cơng trình tháo lũ. Chương 6. Cơng trình dẫn nước. Giảng viên: PGS. TS. NGUYỄN THỐNG Chương 7. Máy thủy lực. E-mail: nguyenthong@hcmut.edu.vn or nthong56@yahoo.fr Chương 8. Thủy điện. Chương 9. Trạm bơm Web: www4.hcmut.edu.vn/~nguyenthong 1 Tél. (08) 38 640 979 - 098 99 66 719 PGS. Dr. Nguyễn Thống CÔNG TRÌNH THỦY CÔNG TRÌNH THỦY Chương 6: Công trình dẫn nước Chương 6: Công trình dẫn nước NHIỆM VỤ ĐƯỜNG HẦM i=0,0061 Chuyển nước từ nguồn nước (hồ chứa, D=3,5m, L=9065m DẪN NƯỚC sông, ) đến nơi tiêu thụ nước: tưới (nông nghiệp), cấp nước sinh hoạt, nhà máy thủy CỬA LẤY NƯỚC điện. PHÂN LOẠI Kênh dẫn (không áp), đường hầm dẫn nước (có áp, không áp). PGS. Dr. Nguyễn Thống PGS. Dr. Nguyễn Thống CÔNG TRÌNH THỦY CÔNG TRÌNH THỦY Chương 6: Công trình dẫn nước Chương 6: Công trình dẫn nước KÊNH DẪN NƯỚC MẶT CẮT KÊNH Hình dạng kênh phụ thuộc vào điều kiện địa chất, địa hình kênh đi qua. Dùng trường hợp dao động MN nguồn nhỏ. Thông thường có dạng hình thang cân. Nền đá Cầu máng h m2 m m=ctg( ) m1 b Nền đất yếu PGS. Dr. Nguyễn Thống PGS. Dr. Nguyễn Thống 1
2. CÔNG TRÌNH THỦY CÔNG TRÌNH THỦY Chương 6: Công trình dẫn nước Chương 6: Công trình dẫn nước CÔNG TRÌNH DẪN NƯỚC KÊNH ĐẮP CƠ KÊNH KÊNH ĐÀO PGS. Dr. Nguyễn Thống PGS. Dr. Nguyễn Thống CÔNG TRÌNH THỦY CÔNG TRÌNH THỦY Chương 6: Công trình dẫn nước Chương 6: Công trình dẫn nước CÔNG TRÌNH DẪN NƯỚC CẦU MÁNG PGS. Dr. Nguyễn Thống PGS. Dr. Nguyễn Thống CÔNG TRÌNH THỦY CÔNG TRÌNH THỦY Chương 6: Công trình dẫn nước Chương 6: Công trình dẫn nước CÔNG TRÌNH LẤY NƯỚC CẦU MÁNG PGS. Dr. Nguyễn Thống SƠNG PGS. Dr. Nguyễn Thống 2
3. CÔNG TRÌNH THỦY CÔNG TRÌNH THỦY Chương 6: Công trình dẫn nước Chương 6: Công trình dẫn nước CÔNG TRÌNH LẤY NƯỚC CÔNG TRÌNH LẤY NƯỚC PGS. Dr. Nguyễn Thống PGS. Dr. Nguyễn Thống CÔNG TRÌNH THỦY CÔNG TRÌNH THỦY Chương 6: Công trình dẫn nước Chương 6: Công trình dẫn nước KÊNH CÓ LỢI NHẤT VỀ MẶT THỦY LỰC THIẾT KẾ KÊNH Tính chất: Với Q, n, i cho trước là kênh có tiết diện Tuyến kênh: ướt nhỏ nhất (khối lượng xây dựng kinh tế nhất). Ngắn, điạ hình bằng phẳng, khối lượng đào & đắp tương đương (cân bằng đào đắp). Tránh qua vùng địa chất xấu. Bán kính cong r phải bảo đảm: b 2   2 1 m m h 2 r 11V  12 • b: chiều rộng đáy kênh hình thang r 5b • h: chiều sâu nước V: vận tốc trung bình, b chiều rộng đáy,  diện tích ướt • m: hệ số mái dốc kênh PGS. Dr. Nguyễn Thống PGS. Dr. Nguyễn Thống CÔNG TRÌNH THỦY CÔNG TRÌNH THỦY Chương 6: Công trình dẫn nước Chương 6: Công trình dẫn nước • THIẾT KẾ KÊNH • THIẾT KẾ KÊNH Bờ kênh: Gia cố bờ kênh: Cao trình bờ phải đảm bảo vượt trên mực nước cao nhất trong kênh giá trị d: Nhằm chống xói lở, giảm mất nước, giảm độ nhám, tăng vận tốc chống xói cho d= hs + e phép. hs: chiều cao do sóng trên mặt kênh, e vượt cao an toàn. Gia cố: tấm bê tông, bê tông cốt thép, đá Chiều rộng bờ >2m. xây, đá lát, trồng cỏ, vải địa chất. Chiều rộng cơ chính >1.5m. PGS. Dr. Nguyễn Thống PGS. Dr. Nguyễn Thống 3
4. CÔNG TRÌNH THỦY CÔNG TRÌNH THỦY Chương 6: Công trình dẫn nước Chương 6: Công trình dẫn nước • THIẾT KẾ KÊNH • TỔN THẤT NƯỚC DO THẤM TRÊN KÊNH Vận tốc dòng chảy trong kênh: Mất nước do thấm tính theo công thức kinh nghiệm Điều kiện không xói (2-3m/s): Pavelopski: 3 V VMax _ xoi_lo Q 0,0116K(B 2h) m /(s km) Điều kiện không lắng: K hệ số thấm (mm/ngày) V V B chiều rộng mặt thoáng (m) Min _lang h chiều sâu nước trong kênh (m) PGS. Dr. Nguyễn Thống PGS. Dr. Nguyễn Thống CÔNG TRÌNH THỦY CÔNG TRÌNH THỦY Chương 6: Công trình dẫn nước Chương 6: Công trình dẫn nước 3/8 • Xác định Rln nQ R ln 4m0 i THIẾT KẾ KÊNH DẪN DÒNG • Với: m 2 1 m2 m CHẢY ĐỀU VỚI 0 PHƯƠNG PHÁP AGEROSKIN • Lập tỷ số b/Rln (hoặc h/Rln). • Tra phụ lục tìm h/Rln (hoặc b/Rln), từ đó xác định h (hoặc b). m • (Xem file Excel Ageroskin.xls)  0 m  PGS. Dr. Nguyễn Thống PGS. Dr. Nguyễn Thống CÔNG TRÌNH THỦY CÔNG TRÌNH THỦY Chương 6: Công trình dẫn nước Chương 6: Công trình dẫn nước Bài tập. Xác định chiều sâu chảy đều trong kênh hình b/R m= 0 => 3 ln thang có chiều rộng b=3 m, m=2, độ dốc i=10-4. Lòng kênh bằng đất sét ở trạng thái bình thường  R/R h/R 0 0.5 0.75 1 1.25 1.5 1.75 2 2.5 3 ln ln (n=0.0225.) Kênh dẫn lưu lượng Q=10 m3/s. 0.050 0.527 0.554 22.14 18.94 18.96 19.69 20.92 22.48 24.29 26.26 30.56 35.15 Đáp số: h = 1.748Rln = 2.38 m Bài tập. Xác định chiều sâu chảy đều trong kênh hình 0.055 0.544 0.574 20.89 17.84 17.85 18.52 19.66 21.13 22.82 24.67 28.70 33.00 thang có chiều rộng b=2 m, m=1, độ dốc i=8.10-4. 0.060 0.561 0.594 19.81 16.89 16.88 17.51 18.58 19.96 21.55 23.29 27.09 31.14 Lòng kênh bằng bêtông ở trạng thái trung bình (n=0.014). Kênh dẫn lưu lượng Q=3m3/s. 0.065 0.576 0.613 18.86 16.07 16.04 16.63 17.64 18.94 20.44 22.09 25.68 29.51 Đáp số: h=0.8 m 0.070 0.590 0.631 18.03 15.33 15.30 15.85 16.80 18.03 19.46 21.02 24.43 28.08 PGS. Dr. Nguyễn Thống PGS. Dr. Nguyễn Thống 4
5. CÔNG TRÌNH THỦY CÔNG TRÌNH THỦY Chương 6: Công trình dẫn nước Chương 6: Công trình dẫn nước Bài tập. Xác định chiều rộng b kênh hình thang Bài tập: Người ta dự định lấy nước từ sông vào có chiều sâu chảy đều h=2 m, m=1.5, độ dốc kênh với lưu lượng là 18m3/s. Giả thiết i=4.10-4. Lòng kênh bằng bêtông ở trạng kênh chảy ổn định đều. Cao trình mực thái trung bình (n=0.014). Kênh dẫn lưu nước yêu cầu cuối kênh là 17m. Kênh dẫn lượng Q=10m3/s. là hình thang có chiều rộng b=3h. Kênh dài Bài tập. Xác định b,h của kênh hình thang 4km, i=3.10-4, n=0.02, m=1. Xác định cao với Q=15m3/s, n=0.02 và kênh được thiết trình đáy đầu kênh. kế với =4. kênh hình thang cĩ m=2. PGS. Dr. Nguyễn Thống PGS. Dr. Nguyễn Thống CÔNG TRÌNH THỦY CÔNG TRÌNH THỦY Chương 6: Công trình dẫn nước Chương 6: Công trình dẫn nước Bài tập: Kênh hình thang dài 10km, b=5m, h=2m, m=1, i=0,0001, n=0.025, k=10-6cm/s. hệ số Chezy tính theo Manning. a. Tính lưu lượng Q ĐƯỜNG HẦM b. Tổn thất lưu lượng theo Pavelopski DẪN NƯỚC PGS. Dr. Nguyễn Thống PGS. Dr. Nguyễn Thống CÔNG TRÌNH THỦY CÔNG TRÌNH THỦY Chương 6: Công trình dẫn nước Chương 6: Công trình dẫn nước Dẫn nước qua vùng có cao độ địa hình thay MẶT CẮT ĐƯỜNG HẦM BAN ĐẦU THI CÔNG đổi nhiều. Dao động mực nước lớn. Cho phép dòng chảy có áp. Vùng địa chất đường hầm đi qua thường là đá tốt (dùng nhiều trong đường hầm thủy điện). An toàn không bị ảnh hưởng thời tiết khi vận hành. Cần có kỹ thuật thi công cao (đào khoan nổ, kỹ thuật đào TBM-Tunel Boring Machine). PGS. Dr. Nguyễn Thống PGS. Dr. Nguyễn Thống 5
6. CÔNG TRÌNH THỦY CÔNG TRÌNH THỦY Chương 6: Công trình dẫn nước Chương 6: Công trình dẫn nước MẶT CẮT ĐƯỜNG HẦM HOÀN CHỈNH BẰNG BÊ TÔNG CỐT THÉP PGS. Dr. Nguyễn Thống PGS. Dr. Nguyễn Thống CÔNG TRÌNH THỦY CÔNG TRÌNH THỦY Chương 6: Công trình dẫn nước Chương 6: Công trình dẫn nước MỘT SỐ MẶT CẮT ĐƯỜNG HẦM KHÁC PGS. Dr. Nguyễn Thống PGS. Dr. Nguyễn Thống CÔNG TRÌNH THỦY CÔNG TRÌNH THỦY Chương 6: Công trình dẫn nước Chương 6: Công trình dẫn nước TÍNH THUỶ LỰC CHẢY CĨ ÁP QUA ĐƯỜNG HẦM Q  2 g Z 0  Hệ số kể đến tổn thất năng lượng của dịng chảy từ đầu đến cuối đường hầm. 1  1 i 2 Z0= Z+V0 /2g với V0 vận tốc đến gần đường hầm Z chênh lệch nước thượng và hạ lưu đường hầm  Diện tích ướt đường hầm. PGS. Dr. Nguyễn Thống PGS. Dr. Nguyễn Thống 6
7. CÔNG TRÌNH THỦY CÔNG TRÌNH THỦY Chương 6: Công trình dẫn nước Chương 6: Công trình dẫn nước Bài tập: Một đường hầm trịn được thiết để CÂU HỎI ÔN lấy nước từ hồ chứa với lưu lượng là Ở vùng đồng bằng , khi kênh dẫn nước cắt ngang 3 sông có giao thông thủy thì công trình trên 1m /s (khi cửa mở hồn tồn & dòng kênh thích hợp là : chảy là có áp). Biết rằng chênh lệch mực Cống luồn Cầu máng Dốc nước Bậc nước thiết kế thượng hạ lưu là 10m. Lấy nước sơ bộ vận tốc đến gần đường hầm Ở vùng đồng bằng , khi kênh dẫn nước đi qua vùng đầm lầy thì công trình trên kênh thích V0=1,5m/s và hệ số =0,8. Tính D cống. hợp là : Cống luồn Cầu máng Dốc nước Bậc nước PGS. Dr. Nguyễn Thống PGS. Dr. Nguyễn Thống CÔNG TRÌNH THỦY CÔNG TRÌNH THỦY Chương 6: Công trình dẫn nước Chương 6: Công trình dẫn nước CÂU HỎI ÔN CÂU HỎI ÔN Để chống thấm cho kênh , biện pháp nào tốt nhất Kênh dẫn nước hình thang có lưu lượng Q , trong các biện pháp sau : độ dốc dọc I , hệ số nhám n , hệ số mái Trồng cỏ trong lòng kênh dốc m cho trước thì mặt cắt có lợi nhất Lát bê tông đáy và mái kênh về thủy lực là mặt cắt kênh có : Lát vải địa kỹ thuật trong lòng kênh Tiết diện kênh nhỏ nhất Dùng rọ đá và lớp vải địa kỹ thuật Tiết diện ướt nhỏ nhất Với cùng mặt cắt ngang , độ dốc dọc i , khả năng chuyển nước của kênh đất là Qđ và kênh bằng Khối lượng đào đắp nhỏ nhất bê tông là Qb thì : Chu vi ướt nhỏ nhất Qđ > Qb Qđ < Qb Qđ = Qb Không có kết luận cụ thể. PGS. Dr. Nguyễn Thống PGS. Dr. Nguyễn Thống CÔNG TRÌNH THỦY CÔNG TRÌNH THỦY Chương 6: Công trình dẫn nước Chương 6: Công trình dẫn nước CÂU HỎI ÔN Kênh A có cao trình đáy là +10m, chiều sâu nước 3m phải vượt qua kênh B có cao trình • HẾT CHƯƠNG 6 đáy 4m, chiều sâu nước 4m. Công trình chuyển tiếp thích hợp: Cống ngầm Bậc nước Cầu máng Cống luồn PGS. Dr. Nguyễn Thống PGS. Dr. Nguyễn Thống 7